JP2000272592A - ヘリコプタ誘導制御装置 - Google Patents

ヘリコプタ誘導制御装置

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JP2000272592A
JP2000272592A JP11082443A JP8244399A JP2000272592A JP 2000272592 A JP2000272592 A JP 2000272592A JP 11082443 A JP11082443 A JP 11082443A JP 8244399 A JP8244399 A JP 8244399A JP 2000272592 A JP2000272592 A JP 2000272592A
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啓二 小林
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    • G05D1/08Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘリコプタを所定の飛行ルートに沿って精度
良く誘導できるヘリコプタ誘導制御装置を提供する。 【解決手段】 ヘリコプタ誘導制御装置10は、自機の
3次元位置を検出するための位置センサ14と、自機の
姿勢を検出するための姿勢センサ16と、自機の対気速
度を検出するための対気速度センサ15と、自機が飛行
すべき飛行コースの飛行情報を記憶するためのコース情
報記憶部13と、位置センサ14が出力する位置信号、
姿勢センサ16が出力する姿勢信号、対気速度センサ1
5が出力する速度信号、およびコース情報記憶部13が
記憶したコース情報に基づいて、自機のピッチ軸、CP
軸、ヨー軸およびロール軸の4軸制御を行なって自機を
飛行コースに沿って誘導するための操縦制御装置などで
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリコプタを特定
の飛行ルート、たとえば着陸点への進入着陸ルートに沿
って誘導するためのヘリコプタ誘導制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大型の固定翼航空機では慣性航法や電波
航法を用いた自動操縦装置を搭載しているため、航空管
制局が指定した特定の飛行ルートに沿って飛行する誘導
航法は広く採用されている。
【0003】ヘリコプタの離着陸方法は、本出願人が先
に提案した特願平8−61452号でも説明したよう
に、普通N類、輸送TB級、特殊航空機X級、輸送TA
級に大別され、不時着場を確保しにくい市街地では最も
安全性が高い輸送TA級の離着陸が要求される。輸送T
A級は、双発エンジンを搭載したヘリコプタが離陸時ま
たは着陸時に1個のエンジンが故障しても安全に飛行の
継続または中断を行う方法を定めており、離着陸場の大
きさによって通常方式と垂直方式に分類される。
【0004】ヘリコプタは機体の特性上、低高度を飛行
する場合が多いため、地上に設置された電波航法援助施
設の利用が制限されることがある。また、ヘリコプタの
飛行ルートは地形の影響を受け易いため、飛行ルートを
きめ細かく設定する必要がある。そのためパイロットが
ヘリコプタを操縦する場合、飛行計器を参照しつつ地上
の状況を肉眼で確認しながら飛行する有視界飛行方式
(VFR:Visual FlightRule)がほとんど採用されてい
る。
【0005】近年、測地人工衛星からの電波を受信して
現在位置(緯度、経度、高度)を高精度で測定できるG
PS(Global Positioning System) が普及しつつあ
り、このGPS受信機をヘリコプタに搭載することによ
って有視界飛行を補助する手法が開発されている。
【0006】たとえば文献(「ヘリコプタにおけるGP
Sの利用」、NAVIGATION平成9年9月号34
頁〜39頁)では、GPS受信機と、日本全土の3次元
地形データベースを用いて自機周辺の地図を表示するM
AP装置とを組み合わせて、パイロットの有視界操縦を
支援する装置が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】現行の計器飛行方式
(IFR:Instrument Flight Rule)で飛行ルートは固
定翼機の飛行特性に適合するように設定されているた
め、ヘリコプタの飛行特性に必ずしも適合していない。
たとえば、現行の着陸進入装置(ILS:InstrumentLa
nding System)は進入角約3°を目標とする電波を発し
ている。ヘリコプタがILS誘導によって進入角3°で
着陸飛行しようとすると、固定翼機に比べて低速な航空
機が着陸ルートを長時間占有したり、低騒音着陸条件か
ら大きく外れる等の問題が生じている。
【0008】また、将来的にはヘリコプタの定期航路が
規模空港と市街地の間や市街地と市街地の間に設定され
ることが期待されているが、現状では悪天候時にはヘリ
ポートへの着陸は不可能である。これは、ヘリコプタを
特定の進入着陸ルートに沿って誘導するためのシステム
は未だ開発されていないためである。
【0009】本発明の目的は、これらの課題を解決して
天候の状態(視程の状態)に左右されることなくヘリコ
プタを所定の飛行ルートに沿って精度良く誘導すること
ができるヘリコプタ誘導制御装置を提供することであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、自機の3次元
位置を検出するための位置センサと、自機の姿勢を検出
するための姿勢センサと、自機の対気速度を検出するた
めの対気速度センサと、自機が飛行すべき飛行コースの
飛行情報を記憶するためのコース情報記憶手段と、位置
センサが出力する位置信号、姿勢センサが出力する姿勢
信号、対気速度センサが出力する速度信号、およびコー
ス情報記憶手段が記憶したコース情報に基づいて、自機
のピッチ軸、CP軸、ロール軸およびヨー軸の4軸制御
を行なって自機を飛行コースに沿って誘導するための操
縦制御装置とを備えることを特徴とするヘリコプタ誘導
制御装置である。
【0011】本発明に従えば、自機の飛行中にセンサが
出力する位置信号や速度信号がコース情報の内容と一致
しているか否かを判断しつつ、センサが出力する姿勢信
号に基づいて自機の姿勢を適切に保持しながらピッチ
軸、CP(コレクティブピッチ)軸、ロール軸およびヨ
ー軸の4軸制御を行なうことによって、所定の飛行コー
スに沿って自機を誘導することができる。
【0012】特にヘリコプタが目標着陸点に着陸する際
に、ILSを使用しなくても特定の進入着陸ルート、た
とえば低騒音着陸条件や輸送TA級着陸条件などの飛行
条件を満たすルートに沿って自機を精度良く誘導できる
ため、パイロットの負担を大幅に軽減でき、飛行の安全
性も向上する。
【0013】また本発明は、ピッチ軸およびCP軸を含
む垂直面内の誘導制御は、対気速度Vが所定値Va以下
である場合に、ピッチ軸に関して高度制御よりも速度制
御を優先する制御を行ない、CP軸に関して速度制御よ
りも高度制御を優先する制御を行ない、対気速度Vが所
定値Vaより高い場合に、ピッチ軸に関して速度制御よ
りも高度制御を優先する制御を行ない、CP軸に関して
高度制御よりも速度制御を優先する制御を行なうことを
特徴とする。
【0014】本発明に従えば、ヘリコプタの飛行特性は
対気速度によって大きく変化し、低速度域において機体
の垂直推力はCP軸制御によって主に発生しているが、
対気速度が高くなってくると機体の空力特性に起因する
揚力が加算的に重畳されるため、高速度域における垂直
推力は機体のピッチ角姿勢に大きく依存するようにな
る。したがって、対気速度Vがある値Vaより高い場合
には、機体の高度制御はCP軸より機体応答ゲインが大
きくなるピッチ軸を優先させる方が有利となる。値Va
は機体の種類に応じて適宜設定でき、一般には40kt
〜60kt程度が採用される。
【0015】また本発明は、離散的な飛行ポイントにお
ける飛行情報を入力するためのポイント情報入力手段
と、入力されたポイント情報に基づいて、コース情報を
生成するための飛行管理装置とを備えることを特徴とす
る。
【0016】本発明に従えば、ヘリコプタの飛行コース
を規定する場合、パイロットや航空管制部門が主要な飛
行ポイントだけを指定することによって、飛行管理に必
要なデータ量が少なくなるため、データ処理の負荷を軽
減できる。また、飛行ポイント間の飛行コースは飛行管
理装置が自動的に生成することによって、入力すべきデ
ータ量が少なくても充分精度の良い飛行管理を達成でき
る。
【0017】また本発明は、飛行管理装置は、飛行ポイ
ント間を円弧コースまたは直線コースで接続し、さらに
複数の直線コースが接続する屈曲部を2次曲線で補間修
正して、コース情報を生成することを特徴とする。
【0018】本発明に従えば、飛行ポイント間を円弧コ
ースまたは直線コースで接続することによって、2種類
のコースだけで大部分のコースを定義できるため、処理
が簡単になる。また、直線コース同士が交差する屈曲部
を2次曲線(放物線、楕円、双曲線)で補間修正するこ
とによって、コースの継目が物体の重力運動軌跡に合致
する曲線で規定できるため、ヘリコプタの追従性が向上
する。
【0019】また本発明は、コース情報に基づく飛行中
に、直線コースから円弧コースへ接続する飛行ポイント
または円弧コースから直線コースへ接続する飛行ポイン
トを通過する際に、該飛行ポイントでの飛行情報に規定
された曲率半径データに対応したフィードフォワード入
力値をロール軸制御コマンドに加算することを特徴とす
る。
【0020】指定の飛行コースと現在の飛行位置との誤
差を測定しながら、この誤差を補正するようにフィード
バック制御を行なう場合、直線コースから円弧コースへ
接続する飛行ポイントを通過する際に、飛行ポイントの
通過後コースのずれが実際に生じてからフィードバック
制御が働くようになる。すると、接続ポイントの後方で
は定常的に飛行コースとのずれが生じてしまう。このこ
とは円弧コースから直線コースへ接続する飛行ポイント
を通過する場合にも当てはまる。
【0021】本発明に従えば、こうした接続ポイントの
接近をセンサ信号やコース情報などで予め把握しておい
て、接続ポイントを通過するとほぼ同時に、コース情報
から前もって取得できるコース曲率半径の変化に対応し
たコマンドをフィードフォワード入力値として加算する
ことによって、接続ポイント後方でのコースずれ現象を
未然に解消できる。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る着陸ルート
の一例を示す説明図である。ヘリコプタ1が上空から目
標着陸点に向かって着陸する場合、航空管制やヘリポー
ト周囲の環境保全、ヘリコプタの飛行特性などの観点か
ら一定の着陸ルートに沿った飛行が要求される。たとえ
ば着陸態勢に入るヘリポート近傍の区間Laでは輸送T
A級着陸条件を満たす必要があり、上空から低空にいっ
きに降下して降下率が大きい区間LbではBVI騒音な
どの騒音発生を抑制するための低騒音着陸条件を満たす
必要がある。こうした着陸ルートを規定するために、主
要な飛行ポイントP1〜P6が3次元座標で定められ
る。
【0023】図1では典型的な着陸ルートを示してお
り、着陸ルートの進入を開始すると、ヘリコプタの進行
方向を目標着陸点に向けるための円弧コースが規定さ
れ、円弧コースの開始点および終了点が飛行ポイントP
1、P2として設定される。次に高度を急速に低下させ
るための直線コースが規定され、直線コースの開始点お
よび終了点が飛行ポイントP3、P4として設定され
る。次に降下率を小さくして着陸点上空まで低空飛行す
るための直線コースが規定され、その終了点が飛行ポイ
ントP5として設定される。さらに着陸点付近でホバリ
ング飛行に移行するための直線コースが規定され、その
終了点が飛行ポイントP6として設定される。
【0024】ここでは着陸ルートについて説明したが、
離陸ルートについても主要な飛行ポイント設定によって
定義付けが可能である。
【0025】図2は、本発明の実施の一形態を示すブロ
ック図である。ヘリコプタ誘導制御装置10は、コンピ
ュータ等で構成され、種々の入力データや各種センサの
信号に基づいて自機の3次元位置および3次元姿勢を維
持するためにピッチ軸、CP軸、ロール軸およびヨー軸
の4軸制御を行なって、各軸に関する操縦コマンドを出
力し、ヘリコプタの操縦系統を管理する別の飛行制御計
算機(不図示)に向けて供給する。こうした操縦コマン
ドは、パイロットによる操縦コマンドと同等であり、ヘ
リコプタ誘導制御装置10はパイロット操縦に代替して
自動操縦を行なう機能を有する。
【0026】データ入力部11は、計器パネル上の操作
キーや携帯記憶メディアの読取装置、通信インタフェイ
スなどで構成され、ここでは飛行ポイントの位置や飛行
条件等を含むポイント情報が入力される。飛行管理装置
12は、入力された飛行ポイントを円弧コースまたは直
線コースで接続して、全体の飛行コースを生成する。こ
のとき複数の直線コースが接続する屈曲部を2次曲線で
補間して、飛行コースが滑らかになるように部分修正す
る。また、飛行コースに誘導するために必要な飛行条件
を規定するコース情報も生成する。
【0027】コース情報記憶部13は、メモリや固定記
憶装置などで構成され、飛行管理装置12が作成したコ
ース情報を記憶する。このコース情報が誘導飛行を行な
うための制御目標値として扱われる。
【0028】位置センサ14は、GPSやDGPSなど
で構成され、自機の3次元位置、たとえば経度、緯度、
高度を計測して位置信号を出力する。対気速度センサ1
5は、自機の対気速度を計測して速度信号を出力する。
姿勢センサ16は、ジャイロスコープなどで構成され、
自機の3次元姿勢、すなわちピッチ角、ヨー角、ロール
角を計測して姿勢信号を出力する。
【0029】次に誘導計算装置20において、コース情
報で設定された目標値とセンサ計測値との誤差を算出し
て、誤差を少なくするように4軸コマンドを生成する。
ルーチン21は、コース情報の目標速度値と対気速度セ
ンサ15の速度信号との間の速度誤差を計算する。ルー
チン22は、コース情報の目標高度値と位置センサ14
の高度信号との間の高度誤差を計算する。ルーチン23
は、速度誤差および高度誤差にPID(Proportional, I
ntegral and Differential) 制御演算を施して、両者の
重み計算を行なってピッチコマンドを出力する。ルーチ
ン24は、速度誤差および高度誤差にPID制御演算を
施して、両者の重み計算を行なってCPコマンドを出力
する。
【0030】ルーチン25は、コース情報の目標方位角
値と姿勢センサ16のヨー角信号との間の方位角誤差を
計算する。ルーチン26は、方位角誤差にPID制御演
算を施して、ヨーコマンドを出力する。
【0031】ルーチン27は、コース情報の目標水平位
置値と位置センサ14の経度信号および緯度信号との間
の水平位置誤差を計算する。ルーチン28は、コース情
報に円弧コースの曲率が規定されている場合に、この曲
率から旋回ロール角を計算する。ルーチン29は、水平
位置誤差および旋回ロール角にPID制御演算を施し
て、ロールコマンドを出力する。
【0032】ルーチン27、28は、直線コースから円
弧コースへ接続する飛行ポイントまたは円弧コースから
直線コースへ接続する飛行ポイントを通過する際に、飛
行ポイントでの飛行情報に規定された曲率データに対応
したフィードフォワード入力値を生成する機能を有す
る。
【0033】図3は、ピッチ軸およびCP軸の処理ルー
チンを示すブロック図である。ピッチ軸およびCP軸
は、機体の進行方向および主ロータ軸方向を含む垂直面
内の運動ベクトルを制御する。
【0034】まずピッチ軸に関して、図2のルーチン2
1が出力する速度誤差ΔVおよびルーチン22が出力す
る高度誤差ΔHは、ルーチン23のPID演算部23
a、23bで所定の演算が行なわれた後、重み演算部2
3cによってk×ΔH+(1−k)×ΔVを計算してピ
ッチコマンドQpを出力する。重み比率kは、0から1
までの範囲で変化する。
【0035】同様に、速度誤差ΔVおよび高度誤差ΔH
は、ルーチン24のPID演算部24a、24bで所定
の演算が行なわれた後、重み演算部24cによってk×
ΔV+(1−k)×ΔHを計算してCPコマンドQcを
出力する。重み比率kは、0から1までの範囲で変化す
る。
【0036】図4は、速度誤差ΔVおよび高度誤差ΔH
の重み比率kの変化を示すグラフである。縦軸は重み比
率kであり、横軸は対気速度Vである。重み演算部23
cの動作は、図4(a)に示すように、a)0≦V≦40
ktのとき、重み比率k=0でピッチコマンドQp=Δ
Vとなり、b)40kt<V<60ktのとき、重み比率
kは対気速度Vに比例し、Qp=k×ΔH+(1−k)
×ΔVとなり、c)60kt≦Vのとき、k=1でQp=
ΔHとなる。
【0037】重み演算部24cの動作は、図4(b)に
示すように、a)0≦V≦40ktのとき、重み比率k=
0でCPコマンドQc=ΔHとなり、b)40kt<V<
60ktのとき、重み比率kは対気速度Vに比例し、Q
c=k×ΔV+(1−k)×ΔHとなり、c)60kt≦
Vのとき、k=1でQc=ΔVとなる。
【0038】図5は、ヘリコプタの飛行特性の測定結果
を示すグラフである。横軸は対気速度Vで、縦軸は垂直
方向速度である。実線グラフは、ピッチ軸操縦を行なう
サイクリックスティック入力の増分δyに対する垂直方
向速度の3秒後の変化を示す。破線グラフは、CP軸操
縦を行なうコレクティブピッチスティック入力の増分δ
CPに対する垂直方向速度の3秒後の変化を示す。
【0039】これらのグラフを見ると、対気速度Vが5
0kt以下では、破線が実線を上回り、コレクティブピ
ッチスティック入力による上昇推力が支配的になるた
め、CP軸制御による高度制御の方が機体応答ゲインは
大きくなり、より効率的な制御が可能になることが判
る。対気速度Vが50ktより高くなると、実線がほぼ
比例的に増加して破線を上回り、サイクリックスティッ
ク入力による上昇推力が支配的になるため、ピッチ軸制
御による高度制御の方が機体応答ゲインは格段に大きく
なり、より効率的な制御が可能になることが判る。
【0040】したがって、対気速度Vがある値Va(図
5では50kt弱)より高い場合には、機体の高度制御
はCP軸より機体応答ゲインが大きくなるピッチ軸を優
先させる方が有利となる。
【0041】こうした制御内容の切換を行なうために、
図4で示したように、対気速度Vの大きさに応じて速度
誤差ΔVおよび高度誤差ΔHの重み比率kを変化させ
て、ピッチコマンドQpおよびCPコマンドQcを決定
している。
【0042】図6は、離散的な飛行ポイントから連続的
な飛行コースを生成する手法を示す説明図であり、図6
(a)は水平面を示し、図6(b)は垂直面を示す。飛
行ポイントP0〜P3が指定されると、飛行ポイントの
間を円弧コースまたは直線コースで接続する。円弧コー
スは、2つの接点座標と円弧半径、円弧中心および円弧
中心角が決まれば一意的に定まる。直線コースは、線分
両端の座標が決まれば一意的に定まる。
【0043】図7は、直線コース同士が交差する屈曲部
を2次曲線で補間して、飛行コースをなめらかに修正す
る手法を説明する。ここで、飛行ポイントP0〜P3の
高度情報をH0〜H3とし、飛行ポイントP1、P2の
速度情報をV1、V2とし、飛行ポイントP0、P1で
定まる直線コースM0の地上距離をDPとし、飛行ポイ
ントP1、P2で定まる直線コースM1の地上距離をD
Lとし、飛行ポイントP2、P3で定まる直線コースM
2の地上距離をDNとし、飛行ポイントP1からの飛行
距離をDとする。2次曲線としては放物線を採用し、飛
行ポイントP1近傍の放物線U1が直線コースM1と接
する位置までの距離をRaとし、飛行ポイントP2近傍
の放物線U2が直線コースM1と接する位置までの距離
をRcとする。
【0044】a)飛行距離Dが0からRaまでの領域aに
おいて飛行コースは放物線U1となり、b)飛行距離Dが
Raから(DL−Rc)までの領域bにおいて飛行コー
スは直線コースM1となり、c)飛行距離Dが(DL−R
c)からDLまでの領域cにおいて飛行コースは放物線
U2となる。
【0045】そこで距離Raを計算すると、Ra=(直
線コースM1の傾きS1−直線コースM0の傾きS0)
/(2×昇降率の時間変化率)×V1^2となる。「^2」
は2乗を意味する。なお、距離RaがDLの半分より大
きいときはDL/2とする。次に距離Rcを計算する
と、Rc=(直線コースM2の傾きS2−直線コースM
1の傾きS1)/(2×昇降率の時間変化率)×V2^2
となる。なお、距離RcがDLの半分より大きいときは
DL/2とする。
【0046】次に直線コースM1の高度Zは、Z=H1
+(直線コースM1の傾き)×Dで表せる。放物線U1
の高度Zは、Z=a1×D^2+b1×D+c1で表せ、
係数a1=(S1−S0)/(2×Ra)、係数b1=
S1−2×a1×Ra、係数c1=H1+S1×Ra−
a1×Ra^2−b1×Raとなる。放物線U2の高度Z
は、Z=a2×D^2+b2×D+c2で表せ、係数a2
=(S2−S1)/(2×Rc)、係数b2=S2−2
×a2×(DL−Rc)、係数c2=H2+S1×(D
L−Rc)−a2×(DL−Rc)^2−b2×(DL−
Rc)となる。
【0047】こうして放物線U1、直線コースM1およ
び放物線U2から成る飛行コースの高度を算出すること
ができる。下記の表1は、飛行ポイントおよび飛行情報
の具体例を示すリストである。
【0048】
【表1】
【0049】14個の飛行ポイントP0〜P13につい
て名前、X座標、Y座標および高度から成る3次元座
標、対気速度、コースの種類が規定され、特に円弧コー
スの場合は円弧半径、円弧中心、中心角が規定されてい
る。
【0050】図7は、飛行ポイントおよび飛行コースを
3次元的に表示したグラフである。右上グラフが地上投
影の平面図で、左上グラフが北南方向の水平距離と高度
の関係を示す北南側面図で、右下グラフが東西方向の水
平距離と高度の関係を示す東西側面図である。
【0051】各飛行ポイントP0〜P13が表1の3次
元座標に対応してプロットされ、飛行ポイントの間は円
弧コースまたは直線コースで接続される。また直線コー
ス同士が交差する屈曲部は2次曲線で補間している。約
1500ftで南南西方向に水平飛行しているヘリコプ
タ1が着陸ルートの進入を開始すると、飛行ポイントP
1で南方向に進行方向を変えて、飛行ポイントP2で左
旋回を開始し、飛行ポイントP3で直線飛行に戻って飛
行ポイントP4からほぼ東方向に進行し、飛行ポイント
P5で右旋回を開始しながら高度も下げ、途中の飛行ポ
イントP6を通過して飛行ポイントP7で高度約100
0ftの西向き水平飛行になり、途中の飛行ポイントP
8を通過して飛行ポイントP9で再び高度を下げ、飛行
ポイントP11までの区間は低騒音着陸条件を満たす飛
行条件で降下し、さらに飛行ポイントP13までの区間
は輸送TA級着陸条件を満たす飛行条件で降下し、飛行
ポイントP13で高度18ftのホバリングに移行す
る。さらに、徐々に高度を下げれば着地が完了する。
【0052】再び図2を参照して、表1に示した飛行ポ
イントP0〜P13に関する飛行情報がデータ入力部1
1から入力されると、飛行管理装置12は飛行ポイント
間を円弧コースまたは直線コースで接続するとともに、
屈曲部は2次曲線で補間して連続的な飛行コースを生成
する。さらに飛行管理装置12は、飛行コースに対応す
る連続的な飛行情報を生成して、時々刻々と変化する誘
導飛行制御の目標値を出力する。
【0053】特に、直線コースから円弧コースへ接続す
る飛行ポイント(たとえば図7のP2、P5)や円弧コ
ースから直線コースへ接続する飛行ポイント(たとえば
図7のP3、P7)を通過する際には、各飛行ポイント
での飛行情報に規定された円弧半径データに対応したフ
ィードフォワード入力値をロール軸制御コマンドに加算
することによって、フィードバック制御に起因する飛行
コースずれを未然に解消できる。
【0054】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、自
機の飛行中にセンサが出力する位置信号や速度信号がコ
ース情報の内容と一致しているか否かを判断しつつ、セ
ンサが出力する姿勢信号に基づいて自機の姿勢を適切に
保持しながらピッチ軸、CP軸、ロール軸およびヨー軸
の4軸制御を行なうことによって、所定の飛行コースに
沿って自機を誘導することができる。その結果、パイロ
ットの負担を大幅に軽減でき、飛行の安全性も向上す
る。
【0055】また、ピッチ軸およびCP軸を含む垂直面
内の誘導制御則を対気速度に応じて変化させることによ
って、効率的な誘導制御を実施できる。
【0056】また、飛行ポイント間を円弧コースまたは
直線コースで接続し、直線コース同士が交差する屈曲部
を2次曲線で補間することによって、ヘリコプタの追従
性が向上する。
【0057】また、接続ポイントを通過する際にコース
情報の曲率半径に対応したコマンドをフィードフォワー
ド入力することによって、接続ポイント後方でのコース
ずれ現象を未然に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る着陸ルートの一例を示す説明図で
ある。
【図2】本発明の実施の一形態を示すブロック図であ
る。
【図3】ピッチ軸およびCP軸の処理ルーチンを示すブ
ロック図である。
【図4】速度誤差ΔVおよび高度誤差ΔHの重み比率k
の変化を示すグラフである。
【図5】ヘリコプタの飛行特性の測定結果を示すグラフ
である。
【図6】離散的な飛行ポイントから連続的な飛行コース
を生成する手法を示す説明図であり、図6(a)は水平
面を示し、図6(b)は垂直面を示す。
【図7】飛行ポイントおよび飛行コースを3次元的に表
示したグラフである。
【符号の説明】
1 ヘリコプタ 10 ヘリコプタ誘導制御装置 11 データ入力部 12 飛行管理装置 13 コース情報記憶部 14 位置センサ 15 対気速度センサ 16 姿勢センサ 20 誘導計算装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年4月3日(2000.4.3)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、自機の3次元
位置を検出するための位置センサと、自機の姿勢を検出
するための姿勢センサと、自機の対気速度を検出するた
めの対気速度センサと、自機が飛行すべき飛行コースの
飛行情報を記憶するためのコース情報記憶手段と、位置
センサが出力する位置信号、姿勢センサが出力する姿勢
信号、対気速度センサが出力する速度信号、およびコー
ス情報記憶手段が記憶したコース情報に基づいて、自機
のピッチ軸、CP軸、ロール軸およびヨー軸の4軸制御
を行なって自機を飛行コースに沿って誘導するための操
縦制御装置とを備え、ピッチ軸およびCP軸を含む垂直
面内の誘導制御は、ピッチ軸およびCP軸に関し、速度
変化に応じた高度制御と速度制御の制御ゲインの配分率
を変化させ、対気速度Vが所定値Va以下である場合に
は、ピッチ軸に関して高度制御よりも速度制御を優先す
る制御を行ない、CP軸に関して速度制御よりも高度制
御を優先する制御を行ない、対気速度Vが所定値Vaよ
り高い場合には、ピッチ軸に関して速度制御よりも高度
制御を優先する制御を行ない、CP軸に関して高度制御
よりも速度制御を優先する制御を行なうことを特徴とす
るヘリコプタ誘導制御装置である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】削除
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】また、ヘリコプタの飛行特性は対気速度に
よって大きく変化し、低速度域において機体の垂直推力
はCP軸制御によって主に発生しているが、対気速度が
高くなってくると機体の空力特性に起因する揚力が加算
的に重畳されるため、高速度域における垂直推力は機体
のピッチ角姿勢に大きく依存するようになる。したがっ
て、対気速度Vがある値Vaより高い場合には、機体の
高度制御はCP軸より機体応答ゲインが大きくなるピッ
チ軸を優先させる方が有利となる。値Vaは機体の種類
に応じて適宜設定でき、一般には40kt〜60kt程
度が採用される。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】また本発明は、自機の3次元位置を検出す
るための位置センサと、自機の姿勢を検出するための姿
勢センサと、自機の対気速度を検出するための対気速度
センサと、自機が飛行すべき飛行コースの飛行情報を記
憶するためのコース情報記憶手段と、位置センサが出力
する位置信号、姿勢センサが出力する姿勢信号、対気速
度センサが出力する速度信号、およびコース情報記憶手
段が記憶したコース情報に基づいて、自機のピッチ軸、
CP軸、ロール軸およびヨー軸の4軸制御を行なって自
機を飛行コースに沿って誘導するための操縦制御装置
と、離散的な飛行ポイントにおける飛行情報を入力する
ためのポイント情報入力手段と、入力されたポイント情
報に基づいて、コース情報を生成するための飛行管理装
置とを備え、飛行管理装置は、飛行ポイント間を円弧コ
ースまたは直線コースで接続し、さらに複数の直線コー
スが接続する屈曲部を2次曲線で補間修正して、垂直面
に関するコース情報を生成することを特徴とするヘリコ
プタ誘導制御装置である。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】削除
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】また、飛行ポイント間を円弧コースまたは
直線コースで接続することによって、2種類のコースだ
けで大部分のコースを定義できるため、処理が簡単にな
る。また、直線コース同士が交差する屈曲部を2次曲線
(放物線、楕円、双曲線)で補間修正することによっ
て、垂直面に関するコースの継目が物体の重力運動軌跡
に合致する曲線で規定できるため、ヘリコプタの追従性
が向上する。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】また本発明は、自機の3次元位置を検出す
るための位置センサと、自機の姿勢を検出するための姿
勢センサと、自機の対気速度を検出するための対気速度
センサと、自機が飛行すべき飛行コースの飛行情報を記
憶するためのコース情報記憶手段と、位置センサが出力
する位置信号、姿勢センサが出力する姿勢信号、対気速
度センサが出力する速度信号、およびコース情報記憶手
段が記憶したコース情報に基づいて、自機のピッチ軸、
CP軸、ロール軸およびヨー軸の4軸制御を行なって自
機を飛行コースに沿って誘導するための操縦制御装置
と、、離散的な飛行ポイントにおける飛行情報を入力す
るためのポイント情報入力手段と、入力されたポイント
情報に基づいて、コース情報を生成するための飛行管理
装置とを備え、ピッチ軸およびCP軸を含む垂直面内の
誘導制御は、ピッチ軸およびCP軸に関し、速度変化に
応じた高度制御と速度制御の制御ゲインの配分率を変化
させ、対気速度Vが所定値Va以下である場合には、ピ
ッチ軸に関して高度制御よりも速度制御を優先する制御
を行ない、CP軸に関して速度制御よりも高度制御を優
先する制御を行ない、対気速度Vが所定値Vaより高い
場合には、ピッチ軸に関して速度制御よりも高度制御を
優先する制御を行ない、CP軸に関して高度制御よりも
速度制御を優先する制御を行なうとともに、飛行管理装
置は、飛行ポイント間を円弧コースまたは直線コースで
接続し、さらに複数の直線コースが接続する屈曲部を2
次曲線で補間修正して、垂直面に関するコース情報を生
成することを特徴とするヘリコプタ誘導制御装置であ
る。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】本発明に従えば、自機の飛行中にセンサが
出力する位置信号や速度信号がコース情報の内容と一致
しているか否かを判断しつつ、センサが出力する姿勢信
号に基づいて自機の姿勢を適切に保持しながらピッチ
軸、CP(コレクティブピッチ)軸、ロール軸およびヨ
ー軸の4軸制御を行なうことによって、所定の飛行コー
スに沿って自機を誘導することができる。特にヘリコプ
タが目標着陸点に着陸する際に、ILSを使用しなくて
も特定の進入着陸ルート、たとえば低騒音着陸条件や輸
送TA級着陸条件などの飛行条件を満たすルートに沿っ
て自機を精度良く誘導できるため、パイロットの負担を
大幅に軽減でき、飛行の安全性も向上する。また、ヘリ
コプタの飛行特性は対気速度によって大きく変化し、低
速度域において機体の垂直推力はCP軸制御によって主
に発生しているが、対気速度が高くなってくると機体の
空力特性に起因する揚力が加算的に重畳されるため、高
速度域における垂直推力は機体のピッチ角姿勢に大きく
依存するようになる。したがって、対気速度Vがある値
Vaより高い場合には、機体の高度制御はCP軸より機
体応答ゲインが大きくなるピッチ軸を優先させる方が有
利となる。値Vaは機体の種類に応じて適宜設定でき、
一般には40kt〜60kt程度が採用される。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】また、ヘリコプタの飛行コースを規定する
場合、パイロットや航空管制部門が主要な飛行ポイント
だけを指定することによって、飛行管理に必要なデータ
量が少なくなるため、データ処理の負荷を軽減できる。
また、飛行ポイント間の飛行コースは飛行管理装置が自
動的に生成することによって、入力すべきデータ量が少
なくても充分精度の良い飛行管理を達成できる。また、
飛行ポイント間を円弧コースまたは直線コースで接続す
ることによって、2種類のコースだけで大部分のコース
を定義できるため、処理が簡単になる。また、直線コー
ス同士が交差する屈曲部を2次曲線(放物線、楕円、双
曲線)で補間修正することによって、垂直面に関するコ
ースの継目が物体の重力運動軌跡に合致する曲線で規定
できるため、ヘリコプタの追従性が向上する。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0056
【補正方法】変更
【補正内容】
【0056】また、飛行ポイント間を円弧コースまたは
直線コースで接続し、直線コース同士が交差する屈曲部
を2次曲線で補間することによって、垂直面に関するコ
ースの継目が物体の重力運動軌跡に合致する曲線で規定
できるため、ヘリコプタの追従性が向上する。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0057
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 啓二 岐阜県各務原市川崎町2番地 株式会社コ ミュータヘリコプタ先進技術研究所内 (72)発明者 平 孝明 岐阜県各務原市川崎町2番地 株式会社コ ミュータヘリコプタ先進技術研究所内 Fターム(参考) 5H180 AA26 CC27 FF05 FF17 FF27

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自機の3次元位置を検出するための位置
    センサと、 自機の姿勢を検出するための姿勢センサと、 自機の対気速度を検出するための対気速度センサと、 自機が飛行すべき飛行コースの飛行情報を記憶するため
    のコース情報記憶手段と、 位置センサが出力する位置信号、姿勢センサが出力する
    姿勢信号、対気速度センサが出力する速度信号、および
    コース情報記憶手段が記憶したコース情報に基づいて、
    自機のピッチ軸、CP軸、ロール軸およびヨー軸の4軸
    制御を行なって自機を飛行コースに沿って誘導するため
    の操縦制御装置とを備えることを特徴とするヘリコプタ
    誘導制御装置。
  2. 【請求項2】 ピッチ軸およびCP軸を含む垂直面内の
    誘導制御は、ピッチ軸およびCP軸に関し、速度変化に
    応じた高度制御と速度制御の制御ゲインの配分率を変化
    させ、対気速度Vが所定値Va以下である場合には、ピ
    ッチ軸に関して高度制御よりも速度制御を優先する制御
    を行ない、CP軸に関して速度制御よりも高度制御を優
    先する制御を行ない、 対気速度Vが所定値Vaより高い場合には、ピッチ軸に
    関して速度制御よりも高度制御を優先する制御を行な
    い、CP軸に関して高度制御よりも速度制御を優先する
    制御を行なうことを特徴とする請求項1記載のヘリコプ
    タ誘導制御装置。
  3. 【請求項3】 離散的な飛行ポイントにおける飛行情報
    を入力するためのポイント情報入力手段と、 入力されたポイント情報に基づいて、コース情報を生成
    するための飛行管理装置とを備えることを特徴とする請
    求項1記載のヘリコプタ誘導制御装置。
  4. 【請求項4】 飛行管理装置は、飛行ポイント間を円弧
    コースまたは直線コースで接続し、さらに複数の直線コ
    ースが接続する屈曲部を2次曲線で補間修正して、コー
    ス情報を生成することを特徴とする請求項3記載のヘリ
    コプタ誘導制御装置。
  5. 【請求項5】 コース情報に基づく飛行中に、直線コー
    スから円弧コースへ接続する飛行ポイントまたは円弧コ
    ースから直線コースへ接続する飛行ポイントを通過する
    際に、該飛行ポイントでの飛行情報に規定された曲率半
    径データに対応したフィードフォワード入力値をロール
    軸制御コマンドに加算することを特徴とする請求項4記
    載のヘリコプタ誘導制御装置。
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